有机氨基乙硅烷前体和包含该前体的薄膜沉积的方法技术

本文描述了形成含硅薄膜的前体和方法。一方面，提供式I的前体：

Organic amino silane precursor and method for depositing thin film containing the precursor

Precursors and methods for forming silicon containing films are described in this paper. On the one hand, the precursors of the supplied I are:

【技术实现步骤摘要】
有机氨基乙硅烷前体和包含该前体的薄膜沉积的方法本申请为申请号为201310220939.4、申请日为2013年06月03日、专利技术名称为“有机氨基乙硅烷前体和包含该前体的薄膜沉积的方法”的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求2012年6月1日提交的美国临时申请号61/654,508的优先权和利益，其整体以引用的方式并入本文。专利技术背景本文描述了可以用于沉积含硅薄膜的前体(特别是有机氨基乙硅烷)及其组合物，所述含硅薄膜包括但不限于，无定形硅、晶体硅、氮化硅、氧化硅、碳掺杂的氧化硅、碳氮化硅和氮氧化硅薄膜。在再另一方面，本文描述了用于含硅薄膜沉积的有机氨基乙硅烷前体在制造集成电路器件中的用途。在这些或其它的方面中，有机氨基乙硅烷前体可以用于各种沉积工艺，包括但不限于原子层沉积(“ALD”)、化学气相沉积(“CVD”)、等离子体增强化学气相沉积(“PECVD”)、低压化学气相沉积(“LPCVD”)和常压化学气相沉积。几类化合物可用作含硅薄膜(例如，但不限于，氧化硅、碳掺杂的氧化硅或氮化硅薄膜)的前体。适合用作前体的这些化合物的实例包括硅烷类、氯代硅烷类、聚硅氮烷类、氨基硅烷类和叠氮基硅烷类。惰性载气或稀释剂(例如，但不限于，氦、氢、氮等)也用于输送前体到反应室中。低压化学气相沉积(LPCVD)工艺是半导体工业用于沉积含硅薄膜所用的较广泛接受的方法之一。使用氨的低压化学气相沉积(LPCVD)可能需要高于750℃的沉积温度以获得合理的生长速率和均匀度。更高的沉积温度通常用于提供更好的薄膜性能。更常见的用于生长氮化硅或其它含硅薄膜的工业方法之一是在高于750℃温度下的热壁反应器中使用前体硅烷、二氯硅烷和/或氨的低压化学气相沉积。但是，使用这种方法存在几种缺陷。例如，某些前体(例如硅烷)是易燃的。这可能产生操作和使用中的问题。而且，由硅烷和二氯硅烷沉积的薄膜可能包含某些杂质。例如，使用二氯硅烷沉积的薄膜可能包含某些杂质如氯和氯化铵，它们是在沉积过程中作为副产物形成的。使用硅烷沉积的薄膜可能包含氢。用于沉积氮化硅薄膜的前体(如BTBAS和氯代硅烷类)通常在高于550℃的温度下沉积薄膜。半导体器件小型化的趋势和低的热预算需要更低的处理温度和更高的沉积速率。应当降低含硅薄膜进行沉积的温度以防止晶格中的离子扩散，特别是对于包含金属化层的那些衬底和在许多III-V族和II-VI族器件上。因此，本领域中需要提供具有充分的化学反应性以允许通过CVD、ALD或其它工艺在550℃或更低的温度下或甚至在室温下沉积的用于沉积含硅薄膜(例如氧化硅、碳掺杂的氧化硅、氮氧化硅或氮化硅薄膜)的前体。题为“Disilanyl-amines-CompoundsComprisingtheStructureUnitSi-Si-N,asSingle-SourcePrecursorsforPlasma-EnhancedChemicalVaporDeposition(PE-CVD)ofSiliconNitride”的参考文献，Schuh等，ZeitschriftFürAnorganischeundAllgemeineChemie,619(1993),第1347-52页描述了潜在的用于氮化硅薄膜的PECVD的单一源前体，其中所述前体具有结构单元Si-Si-N，例如(Et2N)2HSi-SiH3、(Et2N)2HSi-SiH(NEt2)2[(i-Pr)2N]H2Si-SiH3和[(i-Pr)2N]H2Si-SiH2[N(i-Pr)2]。前体1,2-双(二异丙基氨基)乙硅烷(BIPADS)用于氮化硅薄膜的PECVD沉积。由BIPADS前体获得的薄膜具有1.631-1.814的折射率并具有低的碳含量和极低的氧含量，但具有高的(Si结合)氢含量。题为“1,2-DisilanediylBis(triflate),F3CSO3-SiH2-SiH2-O3SCF3,astheKeyIntermediateforaFacilePreparationofOpen-ChainandCyclic1,1-and1,2-Diaminodisilanes”的参考文献，等，InorganicChemistry,36(1997),第1758-63页描述了具有完全氢化的Si键的几种开链和环状二氨基乙硅烷的高产率合成。美国专利No5,660,895描述了在低温下在采用乙硅烷(Si2H6)和一氧化二氮在PECVD工艺中沉积高质量SiO2薄膜。美国专利No.7,019,159和7,064,083描述了制备不含氯并具有通式((R)HN)3-Si-Si-(NH(R))3的硅烷化合物或六(单烃基氨基)乙硅烷的组合物和方法，其中R独立地代表C1到C4烃基。所述六(单烃基氨基)乙硅烷前体用于沉积氮化硅或氮氧化硅薄膜。美国专利No.US8153832描述了具有式Si2(NMe2)5Y的五(二甲基氨基)乙硅烷化合物，其中Y选自H、Cl或氨基，及其在制备SiN或SiON的门控含硅薄膜(gatesilicon-containingfilm)或蚀刻停止含硅薄膜中的用途。美国专利申请公开No.2009/0209081A描述了采用六(单烷基氨基)乙硅烷例如六(乙基氨基)乙硅烷作为硅源和臭氧作为氧化剂在衬底上沉积含二氧化硅的薄膜的方法。生长率为约/循环。美国专利No.7,077,904描述了采用六氯乙硅烷作为硅源和水作为氧化剂在催化剂例如吡啶的存在下在衬底上沉积含二氧化硅的薄膜的方法。在50-140℃的衬底温度下的生长率为/循环。美国专利申请公开No.2013/0109155描述了采用具有两个Si原子的基于氨基硅烷的气体例如六乙烷氨基乙硅烷(C12H36N6Si2)形成薄膜的晶种层的方法。也可以使用其他具有下式的氨基硅烷：(1)(R1R2)N)nSi2H6-n-m(R3)m…n：氨基数目，m：烷基数目；或(2)(R1)NH)nSi2H6-n-m(R3)m…n：氨基数目，m：烷基数目。在式(1)和(2)中，R1、R2、R3＝CH3、C2H5、C3H7，R1＝R2＝R3或彼此可以不同，n＝1-6的整数且m＝0和1-5。美国专利No.7,446,217；7,531,679；7,713,346；7,786,320；7,887,883和7,910,765描述了包含至少一种完全被烷基氨基和/或二烷基氨基官能团取代的乙硅烷衍生物的硅烷前体。除了以上所述，本领域已经报告了一些单二烷基氨基乙硅烷，例如二甲基氨基乙硅烷(CAS#14396-26-0P)、二乙基氨基乙硅烷(CAS#132905-0-5)和二异丙基氨基乙硅烷(CAS#151625-25-1)。专利技术简述本文描述了具有Si-N键、Si-Si键和Si-H3基团的有机氨基乙硅烷前体、包含该前体的组合物和将其用于在衬底的至少一部分上形成包含硅的薄膜的方法，所述薄膜诸如但不限于无定形硅、晶体硅、氧化硅、碳掺杂的氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氮化硅薄膜及其组合。此外，本文描述了包含本文所述的有机氨基乙硅烷的组合物，其中所述有机氨基乙硅烷基本上不含选自胺、卤化物、较高分子量物质和痕量金属中的至少一种。在这些或其他实施方式中，所述组合物可以进一步包含溶剂。本文还公开了在待加工的物体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.包含Si‑N键、Si‑Si键和Si‑H3基团的有机氨基乙硅烷前体，由下式I表示：

【技术特征摘要】
2012.06.01 US 61/654,508;2013.05.24 US 13/902,3001.包含Si-N键、Si-Si键和Si-H3基团的有机氨基乙硅烷前体，由下式I表示：其中R1选自直链或支链C3-C10烷基、直链或支链C3-C10烯基、直链或支链C3-C10炔基、C1-C6二烷基氨基、吸电子基团和C6-C10芳基；R2选自氢、直链或支链C1-C10烷基、直链或支链C3-C6烯基、直链或支链C3-C6炔基、C1-C6二烷基氨基、C6-C10芳基、直链或支链C1-C6氟化烷基、吸电子基团和C4-C10芳基；任选地其中R1和R2连接在一起以形成选自取代或未取代的芳族环或者取代或未取代的脂族环的环；且n＝1或2。2.权利要求1的有机氨基乙硅烷前体，其中R1和R2连接在一起以形成环；或者其中R1和R2相同，条件是R1和R2不是甲基或乙基。3.权利要求1或2的有机氨基乙硅烷前体，选自二异丙基氨基乙硅烷、二仲丁基氨基乙硅烷、二叔丁基氨基乙硅烷、2,6-二甲基哌啶子基乙硅烷、2,2,6,6-四甲基哌啶子基乙硅烷、环己基-异丙基氨基乙硅烷、苯基甲基氨基乙硅烷、苯基乙基氨基乙硅烷、二环己基氨基乙硅烷、反式-十氢喹啉基乙硅烷、1,1-双(叔丁基氨基)乙硅烷、1,1-双(叔戊基氨基)乙硅烷、1,1-双(异丙基氨基)乙硅烷、1,1-双(异丙基甲氨基)乙硅烷、1,1-二哌啶子基乙硅烷、1,1-二吡咯烷基乙硅烷、1,1-二(2,6-二甲基哌啶子基)乙硅烷和1,1-双(二仲丁基氨基)乙硅烷；优选地所述有机氨基乙硅烷前体包含选自二仲丁基氨基乙硅烷、2,6-二甲基哌啶子基乙硅烷和苯基乙基氨基乙硅烷中的至少一种。4.一种组合物，包含：(a)至少一种包含Si-N键、Si-Si键和Si-H3基团的有机氨基乙硅烷前体，由下式I表示：其中R1选自直链或支链C3-C10烷基、直链或支链C3-C10烯基、直链或支链C3-C10炔基、C1-C6二烷基氨基、吸电子基团和C6-C10芳基；R2选自氢、直链或支链C1-C10烷基、直链或支链C3-C6烯基、直链或支链C3-C6炔基、C1-C6二烷基氨基、C6-C10芳基、直链或支链C1-C6氟化烷基、吸电子基团和C4-C10芳基；任选地其中R1和R2连接在一起以形成选自取代或未取代的芳族环或者取代或未取代的脂族环的环；且n＝1或2；和(b)溶剂，其中所述溶剂具有沸点且其中所述溶剂的沸点和该至少一种有机氨基乙硅烷的沸点之间的差异是40℃或更小。5.权利要求4的组合物，所述有机氨基乙硅烷前体包含选自二异丙基氨基乙硅烷、二仲丁基氨基乙硅烷、二叔丁基氨基乙硅烷、2,6-二甲基哌啶子基乙硅烷、2,2,6,6-四甲基哌啶子基乙硅烷、环己基-异丙基氨基乙硅烷、苯基甲基氨基乙硅烷、苯基乙基...

【专利技术属性】
技术研发人员：萧满超，雷新建，D·P·斯彭斯，H·钱德拉，韩冰，M·L·奥内尔，S·G·玛约加，A·玛利卡尔朱南，
申请(专利权)人：弗萨姆材料美国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US